静态混合器如何选型

静态混合器如何选型1应用范围和类型1.0.1应用范围静态混合器应用于液-液、液-气、液-固、气-气的混合、乳化、中和、吸收、萃取反应和强化传热等工艺过程，可以在很宽的流体粘度范围（约106mPa·s）以内，在不同的流型（层流、过渡流、湍流、完全湍流）状态下应用，既可间歇操作，也可连续操作，且容易直接放大。以下分类简述。1.0.1.1液-液混合：从层流至湍流或粘度比大到1：106mPa·s的流体都能达到良好混合，分散液滴最小直径可达到1～2μm，且大小分布均匀。1.0.1.2液-气混合：液-气两相组份可以造成相界面的连续更新和充分接触，从而可以代替鼓泡塔或部分筛板塔。1.0.1.3液-固混合：少量固体颗粒或粉未（固体占液体体积的5％左右）与液体在湍流条件下，强制固体颗粒或粉未充分分散，达到液体的萃取或脱色作用。1.0.1.4气-气混合：冷、热气体掺混，不同组份气体的混合。1.0.1.5强化传热：静态混合器的给热系数与空管相比，对于给热系数很小的热气体冷却或冷气体加热，气体的给热系数提高8倍；对于粘性流体加热提高5倍；对于大量不凝性气体存在下的冷凝提高到8.5倍；对于高分子熔融体可以减少管截面上熔融体的温度和粘度梯度。1.0.2静态混合器类型和结构1.0.2.1本规定以SV型、SX型、SL型、SH型和SK型（注①）五种类型的静态混合器系列产品为例编制。1.0.2.2由于混合单元内件结构各有不同，应用场合和效果亦各有差异，选用时应根据不同应用场合和技术要求进行选择。1.0.2.3五种类型静态混合器产品用途和性能比较见表1.0.2-1和表1.0.2-2，结构示意图见图1.0.2。静态混合器由外壳、混合单元内件和连接法兰三部分组成。五类静态混合器产品用途表表1.0.2-1型号产品用途SV适用于粘度≤102mPa·s的液-液、液-气、气-气的混合、乳化、反应、吸收、萃取强化传热过程dh（注）≤3.5，适用于清洁介质dh≥5，应用介质可伴有少量非粘结性杂质SX适用于粘度≤104mPa·s的中高粘液-液混合，反应吸收过程或生产高聚物流体的混合，反应过程，处理量较大时使用效果更佳SL适用于化工、石油、油脂等行业，粘度≤106mPa·s或伴有高聚物流体的混合，同时进行传热、混合和传热反应的热交换器，加热或冷却粘性产品等单元操作SH适用于精细化工、塑料、合成纤维、矿冶等部门的混合、乳化、配色、注塑纺丝、传热等过程。对流量小、混合要求高的中、高粘度（≤104mPa·s）的清洁介质尤为适合SK适用于化工、石油、炼油、精细化工、塑料挤出、环保、矿冶等部门的中、高粘度（≤106mPa·s）流体或液-固混合、反应、萃取吸收、塑料配色、挤出、传热等过程。对小流量并伴有杂质的粘性介质尤为适用五类静态混合器产品性能比较表表1.0.2-2内容SV型SX型SL型SH型SK型空管分散、混合效果（注③）（强化倍数）8.7~15.26.0~14.32.1~6.94.7~11.926~7.51适用介质情况（粘度mPa·s）清洁流体≤102可伴杂质的流体≤104可伴杂质的流体≤106清洁流体≤102可伴杂质的流体≤106—压力降比较（△P倍数）倍空管8~7PPsk层流状态压力降（△P倍数）18.6~23.5（注④）11.61.858.141—完全湍流压力降（△P倍数）2.43~4.4711.12.078.661—注：①五种类型的静态混合器是按行业标准《静态混合器》（JB/T7660一95）的规定来分类和选型。②dh—单元水力直径，mm。③比较条件是相同介质、长度（混合设备）、规格相同或相近，不考虑压力降的情况下，流速取0.15m/s～0.6m/s时与空管比较的强化倍数。④18.6倍是指dh≥5时的ΔP，23.5倍是指dh＜5时的ΔP。2主要技术参数的确定2.0.1流型选择根据流体物性、混合要求来确定流体流型。流型受表观的空管内径流速控制。2.0.1.1对于中、高粘度流体的混合、传热、慢化学反应，适宜于层流条件操作，流体流速控制在0.1～0.3m/s。2.0.1.2对于低、中粘度流体的混合、萃取、中和、传热、中速反应，适宜于过渡流或湍流条件下工作，流体流速控制在0.3～0.8m/s。2.0.1.3对于低粘度难混合流体的混合、乳化、快速反应、预反应等过程，适宜于湍流条件下工作，流体流速控制在0.8～1.2m/s。2.1.1.4对于气-气、液-气的混合、萃取吸收、强化传热过程，控制气体流速在1.2～14m/s的完全湍流条件下工作。2.0.1.5对于液-固混合、萃取，适宜于湍流条件下工作，设计选型时，原则上取液体流速大于固体最大颗粒在液体中的沉降速度。固体颗粒在液体中的沉降速度用斯托克斯（Stokes）定律来计算：1812液体颗粒颗粒gdV(2.0.1)式中V颗粒——沉降速度，m/s；d——颗粒最大直径，m；ρ颗粒、ρ液体——操作工况条件下，颗粒、液体的密度，kg/m“；μ——操作工况条件下的液体动力粘度，mPa·s；g——重力加速度，9.81m/s2。2.0.2静态混合器混合效果与长度的关系静态混合器长度的确定：一是由工艺本身的要求，二是通过基础实验和实际应用经验来确定注①。2.0.2.1湍流条件下，混合效果与混合器长度无关，也就是在给定混合器长度后再增加长度，其混合效果不会有明显的变化。推荐长度与管径之比L/D＝7～10（SK型混合长度相当于L/D＝10～15）。2.0.2.2过渡流条件下，推荐长度与管径之比L/D＝10～15。2.0.2.3层流条件下，混合效果与混合器长度有关，一般推荐长度为L/D＝10～30。2.0.2.4对于既要混合均匀，又要尽快分层的萃取过程，在控制流型情况下，混合器长度取L/D＝7～10。2.0.2.5流体的连续相与分散相的体积百分比和粘度比关系，如果相差悬殊，混合效果与混合器长度有关，一般取上述推荐长度的上限（大值）。2.0.2.6对于乳化、传质、传热的过程，混合器长度应根据工艺要求另行确定。注：①以上所列混合效果与混合器长度的关系是指液-液、液-气、液-固混合过程的数据，对于气-气混合过程，其混合比较容易，在完全湍流情况下L/D＝2～5即可。2.0.3静态混合器的压力降计算公式对于系统压力较高的工艺过程，静态混合器产生的压力降相对比较小，对工艺压力不会产生大的影响。但对系统压力较低的工艺过程，设置静态混合器后要进行压力降计算，以适应工艺要求。2.0.3.1SV型、SX型、SL型压力降计算公式：hcdLufP222（2.0.3-1）udchRe(2.0.3-2)水力直径(dh)定义为混合单元空隙体积的4倍与润湿表面积（混合单元和管壁面积）之比：DLAALDdh2442(2.0.3-3)式中ΔP——单位长度静态混合器压力降，Pa；f——摩擦系数；ρc——工作条件下连续相流体密度，kg/m3；u——混合流体流速（以空管内径计），m/s；ε——静态混合器空隙率，ε=1—Aδdh——水力直径，m；Reε——雷诺数；μ——工作条件下连续相粘度，Pa·s；L——静态混合器长度，m；ΔA——混合单元总单面面积，m2；A——SV型，每m2体积中的混合单元单面面积，m2/m3dhmm2.33.5571520Am2/m370047535026012590δ——混合单元材料厚度，m，一般δ=0.0002m；D——管内径，m。摩擦系数（f）与雷诺数（Re）的关系式见表2.0.3-1和图2.0.3所示。2.0.3.2SH型、SK型压力降计算公式DLufPc22(2.0.3-4)uDcDRe(2.0.3-5)摩擦系数（f）雷诺数（ReD）的关系式见表2.0.3-2和图2.0.3所示。关系式的压力降计算值允许偏差±30％，适用于液-液、液-气、液-固混合。SV型、SX型、SL型静态混合器f与Reε关系式表2.0.3-1混合器类型SV-2.5/DSV-3.5/DSV-5～15/DSX型SL型层流区范围关系式Reε≤23f＝139/ReεReε≤23f＝139/ReεReε≤150f＝150/ReεReε≤13f＝235/ReεReε≤10f＝156/Reε过渡流区范围关系式23＜Reε≤150f＝23.1Reε-0.42823＜Reε≤150f＝43.7Reε-0.631——13＜Reε≤70f＝74.7Reε-0.47610＜Reε≤100f＝57.7Reε-0.568湍流区范围关系式150＜Reε≤2400f＝14.1Reε-0.329150＜Reε≤2400f＝10.3Reε-0.351Reε＞150f≈1.070＜Reε≤2000f＝22.3Reε-0.194100＜Reε≤3000f＝10.8Reε-0.205完全湍流区范围关系式Reε＞2400f≈1.09Reε＞2400f≈0.702——Reε＞2000f≈5.11Reε＞3000f≈2.10SL型、SK型静态混合器f与ReD关系式表2.0.3-2混合器类型SH型SK型层流区范围关系式ReD≤30f＝3500/ReDReD≤23f＝430/ReD过渡流区范围关系式30＜Reε≤320f＝646ReD-0.50323＜Reε≤300f＝87.2ReD-0.491湍流区范围关系式ReD＞320f＝80.1ReD-0.141300＜ReD≤11000f＝17.0ReD-0.205完全湍流区范围关系式——ReD＞11000f≈2.532.0.3.3气-气混合压力降计算公式气-气混合一般均采用SV型静态混合器，其压力降与静态混合器长度和流速成正比，与混合单元水力直径成反比。对不同规格SV型静态混合器测试，关联成以下经验计算公式：hcdLuP5339.10502.0(2.0.3-6)式中ΔP——单位长度静态混合器压力降，Pa；u——混合气工作条件下流速，m/s;ρc——工作条件下混合气密度，kg/m3；L——静态混合器长度，m；dh——水力直径，mm。3应用实例试算3.0.1SV型用于液-液混合例题某炼油厂油品混合：原料油流量111.4m3/h，密度897.6kg/m3，100℃时粘度28.3mPa·s（28.3×10-3Pa·s)，输送压力1.86MPa（表），输送管径200mm，工作温度230℃，回炼油流量32.95m3/h，100℃时粘度5.35mPa·s，输送压力1.86MPa（表）输送管径100mm，工作温度350℃。两股油品要求混合均匀，静态混合器压力降≤0.05MPa，需初选静态混合器规格、型号、长度和计算压力降。解：（1）根据表1.0.2—1，两股油品粘度＜102mPa·s，选择SV型较合适。（2）根据表6.0.1—1，当总体积流量144.35m3/h，选择静态混合器管径为250mm。流体速度smDVVu/817.0360025.0785.095.324.111360042221（3）根据2.0.1和2.0.2，初选长度L/D＝10L＝10×250＝2500mm，设计压力为2.5Mpa查表6.0.1—1，dh取15mm（SV型混合效果已列于表1.0.2-2中，因此dh大小视压力降的大小进行调节）。该静态混合器型号表示式为SVI5/250-2.5—2500。（4）压力降计算按式（2.0.3—2）查表6.0.1—1得ε＝1.07.3880.1103.28817.06.897015.0/Re3udch查表2.0.3—1和图2.0.3得Reε＞150，f＝1.O，ε＝1.O按式（2.0.3—1）)04993.0(49930015.05.2817.0126.8970.122222MPaPadLufPhc（5）结论：按题意要求，油品混合均匀对工艺有利，SV型静态混合器混合效果比之其它类型为最高。计算以连续相粘度100℃时为基准，由于工作温度分别为230℃和350℃，因此计算压力降值与实际产生压力降应为负偏差，满足工艺要求。3.0.2SX型液-液混